(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される入力操作量に応じて運動または変形する制御対象の運動状態を制御する車両制御装置であって、
前記制御対象における運動または変形の動特性を模擬するモデル要素を含み、前記入力操作量の推定値および前記制御対象に入力される外乱入力の推定値の少なくとも一方に基づく前記制御対象の運動または変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬するとともに、前記制御対象の運動状態の制御目標指標を定義する動特性記述手段と、
該動特性記述手段において定義した前記制御目標指標のうちの前記ヒステリシス特性に関与する前記制御目標指標が、所望の状態となるように前記入力操作量を調整する操作補正量を算出する補正値演算手段と、
該補正値演算手段により算出された前記操作補正量を用いて、前記入力操作量を補正した操作量指令値を前記制御対象に出力する入力操作量指令出力手段と、
が設けられ、
前記動特性記述手段における前記モデル要素は、
第１のバネ要素および第１のダンパ要素を直列に接続した第１の線形要素と、
第２のバネ要素および第２のダンパ要素の一方、または、両者の並列接続からなる第２の線形要素と、の並列接続で構成される基本モデル要素を少なくとも１つ以上備えるものであることを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
前記制御対象は、
車両を構成する第１構成要素と、
該第１構成要素以外の前記車両を構成する要素、または、路面で構成される第２構成要素と、を備え、
前記第１構成要素および前記第２構成要素を連結する連結要素、または、前記第１構成要素および前記第２構成要素の少なくとも一方自体に内在するバネ特性および減衰特性により、前記第１構成要素および前記第２構成要素が連成振動するものであることを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記第１構成要素は前記車両の車体であり、
前記第２構成要素は前記車両の原動機であり、
前記車体および前記原動機は、前記連結要素である防振装置により連結され、
前記操作入力量は、前記原動機に対して入力される要求駆動軸トルクであり、
前記外乱入力は、路面から入力される外乱負荷であることを特徴とする請求項２記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記防振装置には、前記車両の前方に配置された前側マウントと、後方に配置された後側マウントと、が少なくとも設けられ、
前記制御目標指標は、前記前側マウントのストローク変位、ストローク速度、前記後側マウントのストローク変位、ストローク速度、前記原動機のロール角変位、ロール角速度、前記車体の上下方向変位、速度、および、前記車体のピッチ角変位、角速度の少なくとも１つ以上の線形結合式で記述され、
前記補正値演算手段は、前記制御目標指標が最小値となるように前記入力補正値を算出することを特徴とする請求項３記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両には、バネ特性と減衰特性による防振機能を持つ懸架部品で連結された２つ以上の構成部品間で連成振動を引き起こす部位が多数存在している。例えば、サスペンション部品で連結された車体（バネ上の部分）と、バネ下系部品やエンジンマウントで連結された車体とエンジン・トランスアクスルの間で引き起こされる連成振動が知られている。この連成振動は、車両の乗り心地に影響を与えるだけでなく、車両の走行性能に多大な影響を及ぼすことが知られている。
【０００３】
このような連成振動を抑制するために、従来から数々の工夫や発明が提案されている。例えば、対象とする系の連成振動を引き起こす力や、トルク反力の発生源である駆動トルクや、その他の操作力そのものを制御することにより、連成振動を発生させない、あるいは、速やかに減衰させる制御法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特許文献１では、エンジンのロール振動モデルを用いた振動推定値の情報に基づき、エンジントルクを制御してエンジンの振動を抑制する方法を提案している。具体的には、走行状態に応じてエンジントルクを制御することにより、操舵角や横Ｇ推定値に基づいて算出されたエンジンロールの角度や角速度を、車両の安定化に適した量に制御する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０８９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように従来から知られている方法では、制御対象となる系のモデリング、すなわち数学的記述方法の様式によっては、設計の自由度がなく、模擬したい実際の系の重要な特性を表現できない。その結果として、好適な車両性能を引き出すことができないという問題があった。
【０００７】
特許文献１に記載された方法におけるエンジンマウントおよびサスペンションのバネ特性および減衰特性の数学的記述様式も一般的なバネ・ダンパ要素の並列モデルを使用しているに過ぎない。実際の車両において上記の様な連成振動を生じる部位は、懸架部品の物性値や３次元的な搭載上の形状要因等種々の要因により、運動や変形の際に生じるヒステリシス特性などの非線形な特性を持っている。これに対して、特許文献１の方法などで用いられている線形モデルでは、上述のヒステリシス特性などの非線形特性を模擬することは困難である。つまり、制振性能に関わる重要な動特性を精度良く同定することが極めて困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、非線形特性を有する制御対象の振動に対しても、制御系設計を容易にし、かつ、制振効果を発揮することができる車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の車両制御装置は、外部から入力される入力操作量に応じて運動または変形する制御対象の運動状態を制御する車両制御装置であって、前記制御対象における運動または変形の動特性を模擬するモデル要素を含み、前記入力操作量の推定値および前記制御対象に入力される外乱入力の推定値の少なくとも一方に基づく前記制御対象の運動または変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬するとともに、前記制御対象の運動状態の制御目標指標を定義する動特性記述手段と、該動特性記述手段において定義した前記制御目標指標のうちの前記ヒステリシス特性に関与する前記制御目標指標が、所望の状態となるように前記入力操作量を調整する操作補正量を算出する補正値演算手段と、該補正値演算手段により算出された前記操作補正量を用いて、前記入力操作量を補正した操作量指令値を前記制御対象に出力する入力操作量指令出力手段と、が設けられ、前記動特性記述手段における前記モデル要素は、第１のバネ要素および第１のダンパ要素を直列に接続した第１の線形要素と、第２のバネ要素および第２のダンパ要素の一方、または、両者の並列接続からなる第２の線形要素と、の並列接続で構成される基本モデル要素を少なくとも１つ以上備えるものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の車両制御装置によれば、制御対象の運動または変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬すると共に制御目標指標を定義し、ヒステリシス特性に関与する制御目標指標を所望の状態とする操作補正量を用いて入力操作量を補正する。そのため、ヒステリシス特性のような非線形特性を有する制御対象の振動に対しても、制御系設計を容易にし、かつ、制振効果を発揮することができる。
【００１２】
第１の線形要素および第２の線形要素を並列接続した基本モデル要素を少なくとも１つ以上備えるモデル要素を用いることにより、制御対象の運動や変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬することができる。
【００１３】
上記発明において前記制御対象は、車両を構成する第１構成要素と、該第１構成要素以外の前記車両を構成する要素、または、路面で構成される第２構成要素と、を備え、前記第１構成要素および前記第２構成要素を連結する連結要素、または、前記第１構成要素および前記第２構成要素の少なくとも一方自体に内在するバネ特性および減衰特性により、前記第１構成要素および前記第２構成要素が連成振動するものであることが好ましい。
【００１４】
このように、第１構成要素および第２構成要素が連成振動する制御対象とすることにより、車両を構成する要素を含む制御対象の運動や変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬することができる。例えば、連結要素が有する粘弾性や、第１構成要素または第２構成要素自体が有する粘弾性によるバネ特性と減衰特性によるヒステリシス特性を有する制御対象の連成振動を模擬することができる。
【００１５】
上記発明において前記第１構成要素は前記車両の車体であり、前記第２構成要素は前記車両の原動機であり、前記車体および前記原動機は、前記連結要素である防振装置により連結され、前記操作入力量は、前記原動機に対して入力される要求駆動軸トルクであり、前記外乱入力は、路面から入力される外乱負荷とする。
【００１６】
このように、第１構成要素を車両の車体とし、第２構成要素を車両の原動機とすることにより、原動機における駆動トルクの変動や、車両のタイヤを介して路面から入力される外乱負荷の変動に起因する制御対象の連成振動を制御することができる。具体的には、防振装置が有する粘弾性に起因する車体および原動機の連成振動の動特性を、ヒステリシス特性を有する動特性として模擬することができる。
【００１７】
上記発明において前記防振装置には、前記車両の前方に配置された前側マウントと、後方に配置された後側マウントと、が少なくとも設けられ、前記制御目標指標は、前記前側マウントのストローク変位、ストローク速度、前記後側マウントのストローク変位、ストローク速度、前記原動機のロール角変位、ロール角速度、前記車体の上下方向変位、速度、および、前記車体のピッチ角変位、角速度の少なくとも１つ以上の線形結合式で記述され、前記補正値演算手段は、前記制御目標指標が最小値となるように前記入力補正値を算出する。
【００１８】
このように、制御目標指標を、前側マウントのストローク変位、ストローク速度、後側マウントのストローク変位、ストローク速度、原動機のロール角変位、ロール角速度、車体の上下方向変位、速度、車体のピッチ角変位、角速度の少なくとも１つ以上の線形結合式で記述し、制御目標指標が最小値となるように入力補正値を算出することにより、制御対象における連成振動を抑制することができる。つまり、上述の入力補正値を用いて要求駆動軸トルクを補正した操作量指令値を原動機に出力することにより、原動機において発生する駆動トルクを制御し、制御対象における連成振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の車両制御装置によれば、制御対象の運動または変形の過程で生じるヒステリシス特性を模擬すると共に制御目標指標を定義し、ヒステリシス特性に関与する制御目標指標を所望の状態とする操作補正量を用いて入力操作量を補正するため、非線形特性を有する振動に対しても、制御系設計を容易にし、かつ、制振効果を発揮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両制御装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の演算装置における詳細構造を説明するブロック図である。
【図３】エンジン・車体連成振動モデルの諸元を説明する模式図である。
【図４】状態方程式における状態変数の位置や、入力の位置などを示す模式図である。
【図５】駆動軸回転中心の前後方向作用する並進力の変化率の導出を説明する図である。
【図６】並進力に関する出力方程式に対する連成振動系の周波数特性を示す図である。
【図７】並進力に関する出力方程式に対する連成振動系のステップ応答性を示す図である。
【図８】前側マウントの上下方向変位に関する出力方程式に対する連成振動系の周波数特性を示す図である。
【図９】前側マウントの上下方向変位に関する出力方程式に対する連成振動系のステップ応答性を示す図である。
【図１０】後側マウントの上下方向変位に関する出力方程式に対する連成振動系の周波数特性を示す図である。
【図１１】後側マウントの上下方向変位に関する出力方程式に対する連成振動系のステップ応答性を示す図である。
【図１２】振動の抑制を図る場合の時間応答特性を説明する図である。
【図１３】入力に対する応答性向上を図る場合の時間応答特性を説明する図である。
【図１４】外乱入力に対する出力の乱れを抑制する場合の時間応答特性を説明する図である。
【図１５】エンジン等のロール角速度に関する出力方程式に対する連成振動系の周波数特性を示す図である。
【図１６】エンジン等のロール角速度に関する出力方程式に対する連成振動系のステップ応答性を示す図である。
【図１７】車体のピッチ角速度に関する出力方程式に対する連成振動系の周波数特性を示す図である。
【図１８】車体のピッチ角速度に関する出力方程式に対する連成振動系のステップ応答性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の一実施形態に係る車両制御装置ついて図１から図１８を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る車両制御装置１の構成を示す模式図である。
【００２２】
本実施形態の車両制御装置１は、図１に示すように、フロントエンジン・フロントドライブ方式の車両（以下、「ＦＦ車３０」と表記する。）の原動機であるエンジン（第２構成要素）３２における駆動軸のトルクを制御することにより、ＦＦ車３０の車体（第１構成要素）３１およびエンジン３２のヒステリシス特性を有する連成振動を抑制するものである。エンジン３２は、ＦＦ車３０の前方の２ヶ所で前側マウント（連結要素）３３Ａ，３３Ｂにより車体３１に支持され、後方の２ヶ所で後側マウント（連結要素）３４Ａ，３４Ｂにより車体３１に支持されている。なお、上述のＦＦ車３０は、エンジン３２が横置きに配置されたもの、言い換えると、エンジン３２の駆動軸がＦＦ車３０の左右方向に延びて配置されるものである。
【００２３】
車両制御装置１には、ＦＦ車３０の各所に配置された各種のセンサ出力が入力され、入力されたセンサ出力に基づいてエンジン３２を制御するエンジンＥＣＵ１０と、エンジンＥＣＵ１０からエンジン３２に入力される制御信号のうち、エンジン３２が発生する駆動軸トルクを制御する要求駆動軸トルクの補正を行う補正演算部２０と、が主に設けられている。
【００２４】
エンジンＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータであり、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶している制御プログラムを実行することにより、エンジン３２を制御する制御信号を生成する等の演算処理を実行するものである。
【００２５】
エンジンＥＣＵ１０の入出力インタフェースには、アクセルペダル（図示せず。）に設けられた開度センサ３５の出力であるアクセル開度信号や、ステアリング４１による操舵角の検出信号である操舵角信号や、４つの車輪である前輪５１ＦＲ，５１ＦＬおよび後輪５１ＲＲ，５１ＲＬの近傍にそれぞれ設けられた車輪側センサ５２ＦＲ，５２ＦＬ，５２ＲＲ，５２ＲＬの出力である４輪車輪速信号などが入力されている。
【００２６】
なお、ステアリング４１の操舵角を前輪５１ＦＲ，５１ＦＬに伝達する経路には、操舵トルクを補助する電動パワーステアリングモータ４２（以下、「ＥＰＳモータ４２」と表記する。）が配置され、ＥＰＳモータ４２を制御する電動パワーステアリングＥＣＵ４３（以下、「ＥＰＳ  ＥＣＵ４３」と表記する。）が設けられている。ＥＰＳ  ＥＣＵ４３は、ステアリング４１の操舵を検知し、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬの操舵に必要なトルクの一部をＥＰＳモータ４２に発生させる制御を行い、ＦＦ車３０の操舵を容易にするものである。
【００２７】
本実施形態の補正演算部２０は、エンジンＥＣＵ１０をＲＯＭ等の記憶装置に記憶している演算プログラムを、エンジンＥＣＵ１０のＣＰＵが実行することにより実現されるものである。補正演算部２０における演算内容については後述する。なお、補正演算部２０は、エンジンＥＣＵ１０と独立した他のＥＣＵ、例えば、本発明の補正処理の専用ＥＣＵや、上述のＥＰＳ  ＥＣＵ４３によって実現されてもよい。この場合、補正後の要求駆動軸トルクは、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）等の通信手段によりエンジンＥＣＵ１０に入力される。
【００２８】
図２は、図１の補正演算部２０における詳細構造を説明するブロック図である。
補正演算部２０には、図２に示すように、ドライバー要求駆動軸トルク演算部２１と、基本要求駆動軸トルク演算部２２と、推定エンジントルク演算部２３と、ギヤ比演算部２４と、推定駆動軸トルク演算部２５と、車両負荷外乱推定演算部２６と、状態量推定部（動特性記述手段）２７と、補正量演算部（補正値演算手段）２８と、補正後要求駆動軸トルク演算部（入力操作量指令出力手段）２９と、が設けられている。
【００２９】
ドライバー要求駆動軸トルク演算部２１は、アクセル開度信号や車速信号など、ドライバーの要求であるＦＦ車３０の加速や減速に係る信号が入力されるものであり、これらの信号に基づいてドライバーの要求に応じたドライバー要求駆動軸トルクを算出するものである。基本要求駆動軸トルク演算部２２は、算出されたドライバー要求駆動軸トルクに基づいて、エンジン３２に要求するトルクである基本要求駆動軸トルク（操作入力量）を算出するものである。なお、基本要求駆動軸トルクは、本実施形態の特徴である補正処理が施される前のものである。
【００３０】
推定エンジントルク演算部２３は、エンジン３２に吸入される吸気の流量を示すエアフローセンサ信号や、エンジン３２の回転数を示すエンジン回転数信号などが入力されるものであり、これらの信号に基づいて、エンジン３２において発生することが推定されるトルクである推定エンジントルクを算出するものである。
【００３１】
ギヤ比演算部２４は、エンジン回転数信号やタービン回転数信号などが入力されるものであり、これらの信号に基づいて、トランスアクスルにおけるギヤ比を算出するものである。
【００３２】
推定駆動軸トルク演算部２５は、算出された推定エンジントルクおよびトランスアクスルのギヤ比に基づいて、トランスアクスルから前輪５１ＦＲ，５１ＦＬを駆動する駆動軸に伝達されると推定される駆動軸トルク（入力操作量の推定値）を算出するものである。
【００３３】
車両負荷外乱推定演算部２６は、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬおよび後輪５１ＲＲ，５１ＲＬの回転速度を示す４輪車輪速信号や、ステアリング４１の操作角度を示す操舵角信号などが入力されるものである。さらに、車両負荷外乱推定演算部２６は、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬや後輪５１ＲＲ，５１ＲＬを介して車体３１に伝わる路面の凹凸などによる外力や、操舵により車体３１やエンジン３２に働く外力などの車両負荷外乱（外乱入力の推定値）を、上述の信号に基づいて推定する演算を行うものである。
【００３４】
状態量推定部（動特性記述手段）２７は、推定駆動軸トルク演算部２５において推定された駆動軸トルク、および、車両負荷外乱推定演算部２６において推定された車両負荷外乱が入力されるものである。さらに、状態量推定部２７は、後述するエンジン・車体連成振動モデル（モデル要素）を用いて、トランスアクスルを含むエンジン３２（以下、「エンジン３２等」と表記する。）および車体３１のヒステリシス特性を有する運動特性を模擬すると共に、エンジン３２等および車体３１の運動状態の制御目標指標であるパラメータを定義するものである。
【００３５】
補正量演算部２８は、定義されたパラメータのうちのヒステリシス特性に関与するパラメータが、所望の状態となるように基本要求駆動軸トルクを調整する駆動軸トルク補正量（操作補正量）を算出するものである。なお、所望の状態については後述する。
【００３６】
補正後要求駆動軸トルク演算部２９は、駆動軸トルク補正量に基づいて基本要求駆動軸トルクを補正し、補正後要求駆動軸トルクを算出するものである。補正後要求駆動軸トルクは、エンジン３２を制御するエンジンＥＣＵ１０に入力され、エンジンＥＣＵ１０は補正後要求駆動軸トルクに基づいてエンジン３２の制御を行う。
【００３７】
次に、状態量推定部２７におけるエンジン・車体連成振動モデルの導出について説明する。図３は、エンジン・車体連成振動モデルの諸元を説明する模式図である。
まず、図３に基づいてエンジン・車体連成振動モデルを導出する際に用いられる諸元について説明する。ｈeは、ホイール中心高さを基準としたエンジン３２等の重心位置高さ（ｍ）であり、Ｌeは、エンジン３２等の重心位置から前輪５１ＦＲ，５１ＦＬの軸位置までの水平距離（ｍ）である。Ｌemfは、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの位置から前輪５１ＦＲ，５１ＦＬの軸位置までの水平距離（ｍ）であり、Ｌemrは、後側マウント３４Ａ，３４Ｂの位置から前輪５１ＦＲ，５１ＦＬの軸位置までの水平距離（ｍ）である。Ｌfは、車体３１の重心から前輪５１ＦＲ，５１ＦＬの軸位置までの距離（ｍ）であり、Ｌrは、車体３１の重心から後輪５１ＲＲ，５１ＲＬの軸位置までの距離（ｍ）である。
【００３８】
ｒは、タイヤ半径（ｍ）であり、Ｉeは、エンジン３２等の重心まわり回転慣性モーメント（ｋｇｍ2）であり、Ｉ´eは、エンジン３２等の前輪駆動軸まわり回転慣性モーメント（ｋｇｍ2）である。Ｍは、車体３１のバネ上質量（ｋｇ）であり、Ｉpは、車体３１のピッチング慣性モーメント（ｋｇｍ2）である。
【００３９】
Ｋe1fは、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの第２の線形要素のバネ定数（Ｎ／ｍ）であり、Ｋe2fは、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの第１の線形要素のバネ定数（Ｎ／ｍ）である。Ｃefは、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの第１の線形要素のダンパ減衰係数（Ｎｓ／ｍ）である。Ｋe1rは、後側マウント３４Ａ，３４Ｂの第２の線形要素のバネ定数（Ｎ／ｍ）であり、Ｋe2rは、後側マウント３４Ａ，３４Ｂの第１の線形要素のバネ定数（Ｎ／ｍ）である。Ｃerは、後側マウント３４Ａ，３４Ｂの第１の線形要素のダンパ減衰係数（Ｎｓ／ｍ）である。
【００４０】
なお、前側マウント３３ＡにおけるＫe1fおよびＫe2fの値の組合せと、前側マウント３３ＢにおけるＫe1fおよびＫe2fの値の組合せとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、後側マウント３４ＡにおけるＫe1rおよびＫe2rの値の組合せと、後側マウント３４ＢにおけるＫe1rおよびＫe2rの値の組合せとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００４１】
Ｋsfは、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬのサスペンションバネ定数（Ｎ／ｍ）であり、Ｃsfは、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬのサスペンションダンパ減衰係数（Ｎｓ／ｍ）である。Ｋsrは、後輪５１ＲＲ，５１ＲＬのサスペンションバネ定数（Ｎ／ｍ）であり、Ｃsrは、後輪５１ＲＲ，５１ＲＬのサスペンションダンパ減衰係数（Ｎｓ／ｍ）である。
【００４２】
エンジン・車体連成振動モデルは、上述のようにＦＦ車３０の車体３１に横置きのエンジン３２等が配置された場合の、エンジン３２等および車体３１の連成振動系を制御対象としたモデルである。具体的には、駆動軸回転中心回りに作用する駆動トルクの反力によって、エンジン３２等が車体３１の前後方向にロール振動する。この際、エンジン３２と車体３１とを連結している前側マウント３３Ａ，３３Ｂおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂのバネ・ダンパ特性によってロール振動を抑える力が作用する。
【００４３】
その一方で、車体３１は、前側マウント３３Ａ，３３Ｂおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂから反力を受けてピッチ振動を引き起こす。この際、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬおよび後輪５１ＲＲ，５１ＲＬのサスペンションのバネ・ダンパ特性によってピッチング振動を抑える力が作用する。上述のエンジン３２等のロール振動、および、車体３１のピッチ振動の連成振動系に対して、各部に働く力とモーメントの動的釣り合いの関係から以下の式（１）から式（５）までの基礎方程式が得られる。
【００４４】
【数１】
0005556779.tif 000002
【００４５】
上述の式（１）から式（５）を変形することにより、下記の式（１’）から式（５’）までの連立微分方程式が得られる。
【００４６】
【数２】
0005556779.tif 000003
【００４７】
さらに、上述の式（１’）から式（５’）までにおける独立変数を状態量として定義し、下記に示す状態方程式（６）の形式で表記することにより、線形状態空間モデルとして定式化できる。
【００４８】
【数３】
0005556779.tif 000004
【００４９】
上述の状態方程式（６）において、状態変数（ｘ1からｘ8まで）および入力ｕは、以下のように定義される。図４には、ＦＦ車３０におけるｘ1からｘ8までの状態変数により表される変位等の位置や、入力ｕの位置などが示されている。
【００５０】
【数４】
0005556779.tif 000005
【００５１】
また、状態方程式（６）の係数行列の中の各定数は、ＦＦ車３０の諸元の値を用いて以下のように定義される。
【００５２】
【数５】
0005556779.tif 000006
【００５３】
次に、状態量推定部（動特性記述手段）２７における出力方程式の導出について説明する。図５は、駆動軸回転中心の前後方向に作用する並進力Ｆdsの変化率（ｄＦds／ｄｔ）の導出に用いられる諸元を説明する図である。
【００５４】
エンジン３２等が駆動軸中心まわりにロール振動する際に、エンジン３２等は、慣性主軸まわりに回転運動しようとする傾向がある。そのため、機械的に拘束された駆動軸中心には、慣性主軸まわりのモーメントによる偶力が作用する。このことから、エンジン３２等のロール回転方向の慣性主軸の位置を、エンジン３２等の重心位置と概ね一致するとみなし、図５に示す駆動軸中心に作用する前後方向への並進力Ｆdsが得られる。
【００５５】
【数６】
0005556779.tif 000007
【００５６】
上述の並進力Ｆdsの変動成分（微分項）をとると、以下の式が得られる。
【００５７】
【数７】
0005556779.tif 000008
【００５８】
ここで、上式の各係数ｋ1からｋ8は、以下の通りに定義されている。
【００５９】
【数８】
0005556779.tif 000009
【００６０】
以上より、駆動軸回転中心の前後方向に作用する並進力Ｆdsの変化率（ｄＦds／ｄｔ）の出力方程式は以下の通りとなる。
【００６１】
【数９】
0005556779.tif 000010
【００６２】
また、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘefおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘerの出力方程式は以下の通りとなる。
【００６３】
【数１０】
0005556779.tif 000011
【００６４】
【数１１】
0005556779.tif 000012
【００６５】
なお、図５におけるＦ1およびＦ2は以下の通りに定義される力である。
【００６６】
【数１２】
0005556779.tif 000013
【００６７】
次に、上述の出力方程式（７）から（９）に対するエンジン３２等および車体３１の連成振動系の周波数特性およびステップ応答特性について、図６から図１１を参照しながら説明する。なお、図６から図１１における点線で示されたグラフが本実施形態の制御が行われなかった場合の動特性を示すものであり、実線で示されたグラフが本実施形態の制御が行われた場合の動特性を示すものである。
【００６８】
並進力Ｆdsの変化率（ｄＦds／ｄｔ）に関する出力方程式（７）に対する上述の連成振動系の周波数特性が図６（ａ）および図６（ｂ）に示されている。図６（ａ）に示すように、本実施形態の制御がない場合には、３つの異なる周波数において共振の発生を意味するピークが確認できる。これに対して、本実施形態の制御がある場合には、各々の周波数帯において共振を抑制する効果があることが示されている。
【００６９】
また、出力方程式（７）に対する上述の連成振動系のステップ応答性が図７（ａ）および図７（ｂ）に示されている。図７（ａ）に示すように、本実施形態の制御がある場合と、制御がない場合とを比較すると、ステップ入力が補正されていることが判る。さらに、図７（ｂ）に示すように、ステップ入力に対する応答（並進力Ｆdsの変化率）の乱れが抑制されていることが判る。具体的にはステップ入力の立ち上がりと、立ち下がりに対応する応答の乱れが抑制されている。
【００７０】
前側マウント３３Ａ，３３Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘefに関する出力方程式（８）に対する上述の連成振動系の周波数特性が図８（ａ）および図８（ｂ）に示されている。また、出力方程式（８）に対する上述の連成振動系のステップ応答性が図９（ａ）および図９（ｂ）に示されている。
【００７１】
後側マウント３４Ａ，３４Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘerに関する出力方程式（９）に対する上述の連成振動系の周波数特性が図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示されている。また、出力方程式（９）に対する上述の連成振動系のステップ応答性が図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示されている。
【００７２】
図９（ａ）および図１１（ａ）に示すように、本実施形態の制御がある場合と、制御がない場合とを比較すると、ステップ入力が大幅に補正されていることが判る。このように入力が大幅に補正されたことにより、図９（ｂ）および図１１（ｂ）に示すように、ダンパ歪み量（ｘef，ｘer）の増大が大きく抑制されている。
【００７３】
ここで、補正量演算部２８における所望の状態について、言い換えると、補正量演算部２８の設計について説明する。補正量演算部２８の設計は、線形制御理論に基づいて、目標関数の時間応答波形（入力に対する出力の時間応答波形）が所望の特性となるように設計される。所望の状態とは、一般的に、ステップ応答波形における入力に対する出力が、図１２から図１４に示す時間応答特性を示すことである。なお、図１２から図１４における実線は本実施形態の制御がある場合の波形を示し、点線は制御がない場合の波形を示している。
【００７４】
図１２は、振動の抑制を図る場合の時間応答特性を説明する図である。図１２（ａ）は入力を示す波形であり、図１２（ｂ）は出力を示す波形であり、図１２（ｃ）は補正量を示す波形である。
【００７５】
本実施形態の制御がない場合に、図１２（ｂ）に示すように、ステップ入力に対して出力はオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返しながら定常値に近づく波形を示すときがある。これに対して本実施形態の制御では、図１２（ｃ）に示すように、補正量を、ステップ入力の立ち上がり時に入力値を減少させるものとすることにより、図１２（ａ）に示すように、ステップ入力の波形の補正を行う。これにより、ステップ入力に対する出力は、図１２（ｂ）に示すように速やかに定常値に収束する。
【００７６】
図１３は、入力に対する応答性向上を図る場合の時間応答特性を説明する図である。図１３（ａ）は入力を示す波形であり、図１３（ｂ）は出力を示す波形であり、図１３（ｃ）は補正量を示す波形である。
【００７７】
本実施形態の制御がない場合に、図１３（ｂ）に示すように、ステップ入力に対して出力が定常値に近づくまでに長時間を要するときがある。これに対して本実施形態の制御では、図１３（ｃ）に示すように、補正量を、ステップ入力の立ち上がり時に入力値を増加させるものとすることにより、図１３（ａ）に示すように、ステップ入力の波形の補正を行う。これにより、ステップ入力に対する出力は、図１３（ｂ）に示すように速やかに定常値に収束する。
【００７８】
図１４は、外乱入力に対する出力の乱れを抑制する場合の時間応答特性を説明する図である。図１４（ａ）は外乱入力を示す波形であり、図１４（ｂ）は出力を示す波形であり、図１４（ｃ）は補正量を示す波形である。
【００７９】
本実施形態の制御がない場合に、図１４（ａ）に示すような外乱入力があると、図１４（ｂ）に示すように、出力は外乱入力に応じた乱れた波形となる。これに対して本実施形態の制御では、図１４（ｃ）に示すように、外乱入力と逆位相の補正量とすることにより、外乱入力に対する出力は、図１４（ｃ）に示すように乱れが抑制されたものとなる。
【００８０】
上記の構成によれば、車両制御装置１は、制御対象のエンジン３２等および車体３１の連成振動系で生じるヒステリシス特性を模擬すると共に制御目標指標であるパラメータを定義し、ヒステリシス特性に関与するパラメータを所望の状態とする駆動軸トルク補正量を用いて基本要求駆動軸トルクを補正する。そのため、ヒステリシス特性のような非線形特性を有するエンジン３２等および車体３１の連成振動系の振動に対しても、制御系設計を容易にし、かつ、制振効果を発揮することができる。
【００８１】
状態量推定部２７は、バネ要素とダンパ要素の直列結合である第１の線形要素、および、バネ要素である第２の線形要素を並列接続した基本モデル要素である前側マウント３３Ａ，３３Ｂおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂを備えるエンジン・車体連成振動モデルを用いることにより、エンジン３２等および車体３１の連成振動系で生じるヒステリシス特性を模擬することができる。
【００８２】
なお、上述の実施形態のように、第２の線形要素としてバネ要素を用いてもよいし、第２の線形要素としてダンパ要素を用いてもよく、特にその種類を限定するものではない。
車体３１およびエンジン３２が連成振動する連成振動系を制御対象とすることにより、例えば、前側マウント３３Ａ，３３Ｂおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂが有する粘弾性や、車体３１またはエンジン３２自体が有する粘弾性によるバネ特性と減衰特性によるヒステリシス特性を有する連成振動系の連成振動を模擬することができる。
【００８３】
エンジン３２等および車体３１の連成振動系を制御対象とすることにより、エンジン３２等における駆動トルクの変動や、前輪５１ＦＲ，５１ＦＬや後輪５１ＲＲ，５１ＲＬを介して路面から入力される外乱負荷の変動に起因する連成振動系の連成振動を制御することができる。具体的には、防振装置である前側マウント３３Ａ，３３Ｂおよび後側マウント３４Ａ，３４Ｂが有する粘弾性に起因するエンジン３２等および車体３１の連成振動の動特性を、ヒステリシス特性を有する動特性として模擬することができる。
【００８４】
パラメータを、前側マウント３３Ａ，３３Ｂのストローク変位、後側マウント３４Ａ，３４Ｂのストローク変位、エンジン３２等のロール角速度、車体３１の上下方向速度、車体３１のピッチ角速度の少なくとも１つ以上の線形結合式で記述し、パラメータが最小値となるように駆動軸トルク補正量を算出することにより、連成振動系における連成振動を抑制することができる。つまり、上述の駆動軸トルク補正量を用いて基本要求駆動軸トルクを補正した要求駆動軸トルクをエンジン３２等に出力することにより、エンジン３２等において発生する駆動トルクを制御し、連成振動系における連成振動を抑制することができる。
【００８５】
なお、上述の実施形態では、並進力Ｆdsの変化率（ｄＦds／ｄｔ）の出力方程式（７）、前側マウント３３Ａ，３３Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘefの出力方程式（８）、後側マウント３４Ａ，３４Ｂの直列バネ・ダンパ接続点の上下方向変位ｘerの出力方程式（９）について適用して説明したが、その他にも、以下に示すエンジン３２等のロール角速度（ｄθｅ/ｄｔ）の出力方程式（１０）や、車体３１のピッチ角速度（ｄθｐ/ｄｔ）の出力方程式（１１）に適用することができる。
【００８６】
【数１３】
0005556779.tif 000014
【００８７】
【数１４】
0005556779.tif 000015
【００８８】
次に、上述の出力方程式（１０）および（１１）に対するエンジン３２等および車体３１の連成振動系の周波数特性およびステップ応答特性について、図１５から図１８を参照しながら説明する。
【００８９】
エンジン３２等のロール角速度（ｄθｅ/ｄｔ）の出力方程式（１０）に対する上述の連成振動系の周波数特性が図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示されている。図１５（ａ）に示すように、本実施形態の制御がない場合には、２つの異なる周波数において共振の発生を意味するピークが確認できる。これに対して、本実施形態の制御がある場合には、２つのピークが緩やかになっていること確認できる。
【００９０】
また、出力方程式（１０）に対する上述の連成振動系のステップ応答性が図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示されている。図１６（ａ）に示すように、本実施形態の制御がある場合と、制御がない場合とを比較すると、ステップ入力が補正されていることが判る。さらに、図１６（ｂ）に示すように、ステップ入力に対する応答（ロール角速度  ｄθｅ/ｄｔ）の乱れが抑制されていることが判る。具体的にはステップ入力の立ち上がりと、立ち下がりに対応する応答の乱れが抑制されている。
【００９１】
車体３１のピッチ角速度（ｄθｐ/ｄｔ）に関する出力方程式（１１）に対する上述の連成振動系の周波数特性が図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示されている。また、出力方程式（１１）に対する上述の連成振動系のステップ応答性が図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示されている。
【００９２】
図１８（ａ）に示すように、本実施形態の制御がない場合には、３つの異なる周波数において共振の発生を意味するピークが確認できる。これに対して、本実施形態の制御がある場合には、各々の周波数帯において共振を抑制する効果があることが示されている。
【００９３】
図１９（ａ）に示すように、本実施形態の制御がある場合と、制御がない場合とを比較すると、ステップ入力が補正されていることが判る。さらに、図１９（ｂ）に示すように、ステップ入力に対する応答（並進力Ｆdsの変化率）の乱れが抑制されていることが判る。具体的にはステップ入力の立ち上がりと、立ち下がりに対応する応答の乱れが抑制されている。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。具体的には、本実施形態の制御が適用される対象は、車両の駆動方式に関わらず適用可能である。例えばＦＲ車両の用に縦置きエンジンの場合でも、エンジン・トランスミッションのロール振動と車体のロール振動との連成振動系に適用できることは言うまでもない。また、上述のようなエンジン３２等および車体３１の連成振動系以外の連成振動系であってもよい。
【００９５】
例えば、特許第４３５６３０５号におけるタイヤと車体の間に記載されたバネ・ダンパ系（特許第４３５６３０５号の図４参照）を、本実施形態で記載したバネ要素とダンパ要素の直列結合である第１の線形要素、および、バネ要素である第２の線形要素を並列接続した基本モデル要素に置き換えてもよい。
【００９６】
同様に、特許第４１６１９２３号、特開２００６−６０９３６号公報におけるタイヤと車体の間に記載されたバネ・ダンパ系、および、車体とエンジンの間に記載されたバネ・ダンパ系（特許第４１６１９２３号の図３、特開２００６−６０９３６号公報の図１２参照）を、本実施形態で記載したバネ要素とダンパ要素の直列結合である第１の線形要素、および、バネ要素である第２の線形要素を並列接続した基本モデル要素に置き換えてもよい。
【００９７】
その他に、特許第４２７７９１５号や特許第４３３３７６７号における、路面とタイヤとの間に記載されたバネ・ダンパ系、転動輪軸と駆動輪軸の間に記載されたバネ・ダンパ系、前輪軸とシャーシフレームの間に記載されたバネ・ダンパ系および後輪軸とシャーシフレームの間に記載されたバネ・ダンパ系（特許第４２７７９１５号の図４、図９、図１１、図１５参照、特許第４３３３７６７号の図６、図１１、図１４、図２０参照）を、本実施形態で記載したバネ要素とダンパ要素の直列結合である第１の線形要素、および、バネ要素である第２の線形要素を並列接続した基本モデル要素に置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１…車両制御装置、２７…状態量推定部（動特性記述手段）、２８…補正量演算部（補正値演算手段）、２９…補正後要求駆動軸トルク演算部（入力操作量指令出力手段）、３１…車体（第１構成要素）、３２…エンジン（第２構成要素）、３３Ａ，３３Ｂ…前側マウント（連結要素）、３４Ａ，３４Ｂ…後側マウント（連結要素）
【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005556779.tif 000028
【図１７】
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【図１８】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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